【游戏开发】GPU驱动的渲染管道

==overview==

随着硬件的发展，我们可以看到GPU的计算能力远远的把CPU抛在后面，因此可以说业界一直在努力把更多的CPU计算放到GPU方面。。

长期以来，draw调用的删除和提交都是由CPU完成的。一方面，CPU的计算能力差只能做非常粗糙的。另一方面，消费量相当高，这导致国内游戏行业在性能方面谈抽签次数。

这部分离GPU很近，所以当然要先下手了。

其实早在PS3时代，强劲的spu，一定程度上我们可以理解为是一个更通用的GPGPU，就承担了这个任务，更激进的剔除和替代cpu进行drawcall提交，都让性能在cpu有质的飞跃，gpu也同时受益。

从dx11开始，都支持渲染的对象的部分参数由GPU来生成，可以说GPGPU来做这个事情的条件就也成熟了。

整体上在性能上的收获是非常大的：

- <刺客信条>，应该说几个paper里面受益最少的，但也非常的可观，标题图里的海量建筑

- cpu 比前一座，10x的obj，但是cpu却快了25%

- gpu也少渲染了20%到80%的triangle

• <farcry5>的地形

- gpu把quadtree traverse到lod map以及各种cull，0.1ms搞定。。。比cpu真是绝对优势

从15年的siggraph开始，ubi和EA都相继做了不少的分享，到了今年（2018）继续有新的游戏和引擎把这块用的更加成熟：

- siggraph15, < GPU-Driven Rendering Pipelines> @ ubisoft

- gdc16, < Optimizing the Graphics Pipeline With Compute> @ EA

- gdc18, TerrainRenderingFarCry5 @ ubisoft

- ...

总的看来，GPU driven pipeline是有两个部分：

- 剔除--不只是offload了cpu的工作，进一步在gpu上做更aggressive的cull

- 提交--目标是一个drawcall结束战斗，根据实际情况进行折中了

==剔除==

这部分是通过gpgpu来先对要渲染的object进行剔除，这里ubi和ea都分成两个level来做，cluster和triangle

=cluster level cull=

把mesh分成固定的一些cluster，比如6400 vertices就分成100个cluster，每个cluster 64vertices，然后进行bound和orientation的cull。

=triangle level cull=

这里的backface，small area triangle都是老生常谈。

depth buffer这个，可以

- 在pc上使用cpu software rasterizer

- depth prepass, 然后downsample

- 使用上一帧的depth buffer做一个reprojection

使用其中的1个或几个组合。

==提交==

项目旧代码有一些常见的问题，如果是dx12或一个真正的基于纹理的项目，那么这样做更容易。

简言之，如果要绑定的资源非常不同，那么仍然很难将它们放在一起呈现。

这里< assassin''s creed:unity >就是没法改的彻底，所以还是依据material来batch，那么可以说gpu driven的就相当不彻底。

而redlynx，pipeline是有比较重的virtual texture，farcry5的地形有virtual texture，那么资源就不需要改变绑定，那么就可以一个drawcall搞定一切，达到一个更彻底的gpu driven的程度。

dx12对此有更好的支持，可以更彻底的gpu driven了。

==效率对比==

- 刺客信条，应该说几个paper里面受益最少的，但也非常的可观

- cpu 比前一座，10x的obj，但是cpu却快了25%

- gpu也少渲染了20%到80%的triangle

farcry5

• gpu把quadtree traverse到lod map以及各种cull，0.1ms搞定。。。比cpu真是绝对优势

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